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基于CPU/GPU异构平台的多维数据协调系统设计

2020-12-08阅读(1048)

基于CPU/GPU异构平台的多维数据协调系统设计

论文摘要

数据协调作为连续变量量子密钥分发(Continuous Variable Quantum Key Distribution,CVQKD)系统的重要组成部分,其协调效率的高低和协调速率的快慢很大程度影响了CVQKD系统的实用性。对于CVQKD的多维数据协调,其使用的低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)纠错码在码长很长时性能可接近香农限,从而提高协调效率,但是由此带来了协调部分计算量大的问题,特别是译码部分多次迭代时间成本增加,导致协调速率减慢,CVQKD系统实用性降低。本文所要做的就是在保证协调效率的同时提高协调速率,主要工作如下:1.采用并行计算的思想,在CPU/GPU异构平台实现了CVQKD多维数据协调的加速。具体过程为将数据协调的复杂逻辑运算部分交给CPU串行执行,把逻辑简单、数据密集的译码部分交给GPU并行执行。针对GPU译码部分设计了变量节点初始化、校验节点消息更新和变量节点消息更新三个内核函数来实现并行加速译码。2.针对CUDA中的内核函数的参数不允许使用三级指针的问题,将大规模稀疏校验矩阵改造成符合CUDA要求的静态双向十字链表存储。具体方法是通过构造两个结构体分别来存储稀疏校验矩阵和非零节点,并且将非零节点结构体中的相邻节点的位置改为了int数据类型。这种存储方法只存储1的位置极大地减少了内存空间的占用。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 经典密码学
  •   1.2 量子密码学及量子密钥分发
  •   1.3 量子密钥分发的国内外发展进程
  •   1.4 本文的研究内容及章节安排
  • 第二章 量子密钥分发的基本理论
  •   2.1 经典信息论的基本理论
  •     2.1.1 Shannon信息熵
  •     2.1.2 联合熵、条件熵、互信息及信道容量
  •   2.2 量子信息论基本理论
  •     2.2.1 冯诺依曼熵
  •     2.2.2 Holevo限
  •   2.3 LDPC码概述
  •     2.3.1 LDPC码的表示
  •     2.3.2 LDPC码的校验矩阵构造
  •     2.3.3 LDPC码的译码
  •   2.4 连续变量量子密钥分发
  •     2.4.1 连续变量量子密钥分发协议
  •     2.4.2 连续变量量子密钥分发的数据协调
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 CPU/GPU异构平台及编程模型介绍
  •   3.1 CPU/GPU异构平台的介绍
  •   3.2 CUDA编程模型
  •     3.2.1 CUDA中的函数类型限定符
  •     3.2.2 CUDA中的内核调用
  •     3.2.3 CUDA的线程层次结构
  •     3.2.4 CUDA中线程索引的获取
  •     3.2.5 CUDA线程在GPU端的执行过程
  •   3.3 CUDA编程的实现
  •     3.3.1 硬件平台介绍
  •     3.3.2 软件平台介绍及工程环境配置
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 CVQKD多维数据协调的并行加速实现
  •   4.1 CVQKD多维数据协调
  •   4.2 面向多维协调的二进制LDPC码的译码算法
  •     4.2.1 计算初始概率
  •     4.2.2 LLR BP译码过程
  •   4.3 LDPC码的校验矩阵存储优化
  •   4.4 基于异构平台的多维数据协调实现
  •   4.5 仿真结果与分析
  •   4.6 CPU和GPU实现的差异分析
  •     4.6.1 浮点表示以及IEEE754-2008 标准
  •     4.6.2 GPU的浮点运算
  •     4.6.3 CPU和GPU实现的差异来源与解决
  •   4.7 结论
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 本文的工作与总结
  •   5.2 进一步的研究方向
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果
  • 致谢
  • 个人简况及联系方式

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 穆健健

    导师: 郭大波

    关键词: 多维数据协调,异构计算,稀疏矩阵

    来源: 山西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,电信技术

    单位: 山西大学

    分类号: O413;TN918

    DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001223

    总页数: 66

    文件大小: 4019K

    下载量: 55

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